DE202019104670U1

DE202019104670U1 - sensor

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Publication number: DE202019104670U1
Application number: DE202019104670.8U
Authority: DE
Original assignee: TDK Electronics AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2019-08-26
Filing date: 2019-08-26
Publication date: 2019-12-10
Anticipated expiration: 2029-08-27
Also published as: JP2022546066A; EP4022271A1; CN211740245U8; JP7326592B2; CN211740245U; US20220326088A1; CN112432658B; DE102019129521A1; WO2021037689A1; CN112432658A

Abstract

Ein Sensor (1), umfassend:- ein Sensorelement (2);- elektrische Leitungen (3);wobei das Sensorelement (2) mit den elektrischen Leitungen (3) verbunden ist;- ein Gehäuse (4);wobei das Gehäuse (4) eine Öffnung aufweist und das Sensorelement (2) im Gehäuse (4) so angeordnet ist, dass die elektrischen Leitungen (3) aus der Öffnung herausragen;- Epoxidharz (5);wobei das Gehäuse (4) mit dem Epoxidharz (5) gefüllt ist und das Epoxidharz (5) das Sensorelement (2) und die elektrischen Leitungen (3) im Gehäuse (4) fixiert.A sensor (1), comprising: - a sensor element (2); - electrical lines (3); wherein the sensor element (2) is connected to the electrical lines (3); - a housing (4); wherein the housing (4 ) has an opening and the sensor element (2) is arranged in the housing (4) so that the electrical lines (3) protrude from the opening; - epoxy resin (5); the housing (4) is filled with the epoxy resin (5) and the epoxy resin (5) fixes the sensor element (2) and the electrical lines (3) in the housing (4).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor. Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Anordnung unter Verwendung des Sensors und ein Verfahren zum Zusammenbau des Sensors.The present invention relates to a sensor. In addition, the present invention relates to an arrangement using the sensor and a method for assembling the sensor.

Heutzutage werden Sensoren in fast allen Arten von neuen Anwendungen und Geräten eingesetzt. Nur intelligenten Sensoren mitgezählt, ist die Verkaufsmenge weltweit von 6 Milliarden Sensoren im Jahr 2010 auf geschätzte 26 Milliarden im Jahr 2019 gestiegen.Nowadays sensors are used in almost all types of new applications and devices. Counting only intelligent sensors, sales worldwide rose from 6 billion sensors in 2010 to an estimated 26 billion in 2019.

Ein modernes Smartphone selbst hat oft mindestens einen Näherungssensor, einen Helligkeitssensor, einen Neigungssensor, einen Rotationssensor, einen Beschleunigungssensor, einen GPS-Sensor, einen Magnetsensor und ein integriertes Thermometer.A modern smartphone itself often has at least one proximity sensor, a brightness sensor, a tilt sensor, a rotation sensor, an acceleration sensor, a GPS sensor, a magnetic sensor and an integrated thermometer.

Bei Sensoren ist es wünschenswert, eine Ausgestaltung zu finden, die einerseits den Sensor schützt und andererseits eine zuverlässige, reproduzierbare Messung des Sensors ermöglicht.In the case of sensors, it is desirable to find a configuration which on the one hand protects the sensor and on the other hand enables reliable, reproducible measurement of the sensor.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Sensor bereitzustellen, der robust ist, geschützt ist und zuverlässige Messungen ermöglicht.The aim of the present invention is to provide a sensor that is robust, protected and enables reliable measurements.

Die Aufgabe wird durch einen Sensor nach Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und mögliche Anordnungen finden sich in den anhängigen Ansprüchen.The object is achieved by a sensor according to claim 1. Further advantageous configurations and possible arrangements can be found in the dependent claims.

Es ist ein Sensor vorgesehen, der ein Sensorelement und elektrische Leitungen umfasst, wobei das Sensorelement mit den elektrischen Leitungen verbunden ist. Weiterhin ist ein Gehäuse vorgesehen, wobei das Gehäuse eine Öffnung aufweist und das Sensorelement im Gehäuse so angeordnet ist, dass die elektrischen Leitungen aus der Öffnung herausragen. Das Gehäuse ist mit dem Epoxidharz gefüllt und das Epoxidharz fixiert das Sensorelement und die elektrischen Leitungen im Gehäuse.A sensor is provided which comprises a sensor element and electrical lines, the sensor element being connected to the electrical lines. Furthermore, a housing is provided, the housing having an opening and the sensor element being arranged in the housing in such a way that the electrical lines protrude from the opening. The housing is filled with the epoxy resin and the epoxy resin fixes the sensor element and the electrical lines in the housing.

Gängige Füllstoffe für Sensoren, wie z.B. Aluminiumoxid oder Siliziumoxid, benötigen ein Lösungsmittel wie Toluol, Xylol oder IPA zur Verarbeitung. In der Folge entstehen nach dem Aushärten Hohlräume, Vesikel und Blasen, die nicht zu vermeiden sind. Diese Einschlüsse führen zu einer inhomogenen Umgebung eines eingesetzten Sensorelements. Infolgedessen hängen die mit dem Sensor durchgeführten Messungen stark von der Anzahl und der räumlichen Verteilung der Inhomogenitäten im Füllstoff ab. Daher variieren bei diesen Sensoren die Ansprechzeit und der Messwert und ermöglichen keine zuverlässige Messung. Durch den Einsatz von Epoxidharz als Füll- und Befestigungsmaterial im Gehäuse des Sensors werden Hohlräume, Vesikel und andere Inhomogenitäten vermieden. Epoxidharz verwendet kein Lösungsmittel und vermeidet so Hohlräume und Blasen. Das homogene Epoxidharz bewirkt eine homogene Wärmeübertragung von der Umgebung zum Sensorelement, was zu einer schnellen thermischen Reaktion und weniger Schwankungen in der Ansprechzeit des Sensors führt. Dadurch wird die Zuverlässigkeit der Messung eines Sensors nach der vorliegenden Erfindung verbessert.Common fillers for sensors, such as Aluminum oxide or silicon oxide require a solvent such as toluene, xylene or IPA for processing. As a result, cavities, vesicles and bubbles form after hardening, which cannot be avoided. These inclusions lead to an inhomogeneous environment of an inserted sensor element. As a result, the measurements performed with the sensor strongly depend on the number and spatial distribution of the inhomogeneities in the filler. Therefore, the response time and the measured value vary with these sensors and do not enable reliable measurement. Cavities, vesicles and other inhomogeneities are avoided by using epoxy resin as filling and fastening material in the sensor housing. Epoxy does not use a solvent, thus avoiding voids and bubbles. The homogeneous epoxy resin causes a homogeneous heat transfer from the environment to the sensor element, which leads to a quick thermal reaction and less fluctuations in the response time of the sensor. This improves the reliability of the measurement of a sensor according to the present invention.

Das Sensorelement kann ein NTC-Sensorelement sein. Da NTC-Sensoren zur Messung der Umgebungstemperatur verwendet werden, ist es erforderlich, eine richtungsunabhängige Messung zu ermöglichen. Gerade in Sicherheitssystemen, die durch einen Temperaturanstieg ausgelöst werden, ist es notwendig, eine zuverlässige und richtungsunabhängige Messung zu ermöglichen. Alternativ kann das Sensorelement ein PTC-Sensorelement oder ein Sensorelement sein, das die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands von Platin nutzt.The sensor element can be an NTC sensor element. Since NTC sensors are used to measure the ambient temperature, it is necessary to enable direction-independent measurement. Especially in security systems that are triggered by an increase in temperature, it is necessary to enable reliable and direction-independent measurement. Alternatively, the sensor element can be a PTC sensor element or a sensor element that uses the temperature dependence of the electrical resistance of platinum.

Vorzugsweise kann das Gehäuse zwei Abschnitte aufweisen, einen ersten Abschnitt, der die Öffnung umfasst, und einen zweiten Abschnitt, der der Seite der Öffnung gegenüberliegt, wobei der zweite Abschnitt einen kleineren Durchmesser als der erste Abschnitt aufweisen kann und das Sensorelement im zweiten Abschnitt des Gehäuses angeordnet sein kann. Ein im zweiten Abschnitt angeordnetes Sensorelement wird im Vergleich zu einem im ersten Abschnitt angeordneten Sensorelement von weniger Material umgeben. Dies ermöglicht eine höhere Messgenauigkeit sowie eine kürzere Ansprechzeit des Sensors. Gleichzeitig bietet der erste Abschnitt des Gehäuses mit einem größeren Durchmesser Mittel für eine bessere Handhabung des Sensors und stabilisiert die mit dem Sensorelement verbundenen Leitungen. Ein weiterer Vorteil der Gehäuseform mit zwei Abschnitten besteht darin, dass der Sensor und die Richtung, in die er gerichtet ist, von einer Maschine, wie einem Bestückungsautomaten, leicht erkannt und somit leicht verarbeitet werden können.Preferably, the housing may have two sections, a first section that surrounds the opening and a second section that faces the side of the opening, the second section may have a smaller diameter than the first section and the sensor element in the second section of the housing can be arranged. A sensor element arranged in the second section is surrounded by less material than a sensor element arranged in the first section. This enables a higher measuring accuracy and a shorter response time of the sensor. At the same time, the first section of the housing with a larger diameter provides means for better handling of the sensor and stabilizes the lines connected to the sensor element. Another advantage of the housing shape with two sections is that the sensor and the direction in which it is directed can be easily recognized by a machine, such as an automatic placement machine, and can therefore be processed easily.

Außerdem kann die äußere Form des Gehäuses nicht radialsymmetrisch sein. Darüber hinaus kann das Gehäuse eine Längsachse aufweisen und das Gehäuse kann nicht radialsymmetrisch in Bezug auf Rotationen um seine Längsachse um einen von 180° verschiedenen Drehwinkel sein. Dementsprechend kann die Richtung, in die das Sensorelement im Gehäuse zeigt, sowie die Richtung des Gehäuses in einer Vorrichtung bestimmt und relativ zur Rotationsasymmetrie festgelegt werden. Die Signalausgabe von Sensorelementen ist oft nicht nur von der Entfernung zu einem gemessenen Ereignis abhängig, sondern auch von dem Winkel, unter dem das Sensorelement diesem Ereignis zugewandt ist. So wird beispielsweise ein NTC-Sensorelement, das einer Wärmequelle direkt zugewandt ist, mehr Wärmeenergie ausgesetzt als ein NTC-Sensor, der senkrecht zur Wärmequelle ausgerichtet ist. Durch das Bestimmen der Richtung des Sensorelements im Gehäuse und der Richtung des Gehäuses in einer Vorrichtung durch seine äußere Form wird sichergestellt, dass das Sensorelement funktioniert und zuverlässige und reproduzierbare Werte misst. Darüber hinaus entspricht das Gehäuse mit einer nicht radial symmetrischen Außenform dem Poka-Yoke Prinzip. Bei der Montage eines Gerätes, in dem der Sensor verwendet wird, können Fehler durch eine geeignete Verbindung zum Gehäuse vermieden werden.In addition, the outer shape of the housing cannot be radially symmetrical. In addition, the housing can have a longitudinal axis and the housing cannot be radially symmetrical with respect to rotations about its longitudinal axis by an angle of rotation other than 180 °. Accordingly, the direction in which the sensor element in the housing points and the direction of the housing in a device can be determined and determined relative to the rotational asymmetry. The signal output from sensor elements is often not only dependent on the distance to a measured event, but also on the angle at which the sensor element faces this event. For example, an NTC sensor element that directly faces a heat source is exposed to more thermal energy than an NTC sensor that is oriented perpendicular to the heat source. By determining the direction of the sensor element in the housing and the direction of the housing in a device by means of its external shape, it is ensured that the sensor element functions and measures reliable and reproducible values. In addition, the housing with a non-radially symmetrical outer shape corresponds to the Poka-Yoke principle. When installing a device in which the sensor is used, errors can be avoided by a suitable connection to the housing.

Zusätzlich kann die Kontur des Gehäuses mindestens zwei abgeflachte Segmente aufweisen, die einander gegenüberliegen. Der Sensor kann sicher am abgeflachten Segment aufgenommen werden, da das abgeflachte Segment Mittel für einen stabilen Griff bietet. Somit kann der Sensor auch problemlos von einem Bestückungsautomaten in ein Gerät eingebaut und installiert werden.In addition, the contour of the housing can have at least two flattened segments that lie opposite one another. The sensor can be securely picked up on the flattened segment, since the flattened segment offers means for a stable grip. This means that the sensor can also be easily installed and installed in a device by a placement machine.

Eine Wanddicke des Gehäuses kann kleiner als 2 mm sein. Einerseits sollte die Wandstärke des Gehäuses dick genug sein, um das Sensorelement im Inneren des Gehäuses zu schützen. Andererseits sollte das Gehäuse die Umgebung nicht vom Sensorelement isolieren, um die Empfindlichkeit des Sensors nicht zu beeinträchtigen. Als vorteilhaft hat sich eine Wandstärke von weniger als 2 mm erwiesen. Besonders vorteilhaft ist eine Wandstärke von weniger als 1 mm und mehr als 0,5 mm.A wall thickness of the housing can be less than 2 mm. On the one hand, the wall thickness of the housing should be thick enough to protect the sensor element inside the housing. On the other hand, the housing should not isolate the surroundings from the sensor element in order not to impair the sensitivity of the sensor. A wall thickness of less than 2 mm has proven to be advantageous. A wall thickness of less than 1 mm and more than 0.5 mm is particularly advantageous.

Das Gehäuse kann aus Metall gefertigt werden. Das Gehäuse weist auch bei geringer Wandstärke eine gute Stabilität auf, wenn es aus Metall gefertigt ist. Darüber hinaus ist es resistent gegen schädliche äußere Umwelteinflüsse. Bei Verwendung eines NTC-Sensorelements oder eines anderen temperaturmessenden Sensorelements ist ein metallisches Gehäusematerial besonders geeignet, da es eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Dadurch kann ein Temperatursensor empfindlicher gemacht werden.The housing can be made of metal. The housing has good stability even with a small wall thickness if it is made of metal. In addition, it is resistant to harmful external environmental influences. When using an NTC sensor element or another temperature-measuring sensor element, a metallic housing material is particularly suitable because it has a high thermal conductivity. This can make a temperature sensor more sensitive.

Umgekehrt kann es vorteilhaft sein, das Gehäuse aus einem Metalloxid herzustellen. Metalloxide haben auch die vorteilhaften Eigenschaften einer hohen Stabilität und einer relativ hohen Wärmeleitfähigkeit. Darüber hinaus sind sie auch gute elektrische Isolatoren, so dass ein Sensor mit einem solchen Gehäuse auch für Hochspannungsanwendungen geeignet ist. Allerdings können einige kV-Spannungen zu Kurzschlüssen führen, insbesondere zwischen den vorstehenden Leitungen und dem Gehäuse, wenn das Gehäuse aus einem elektrischen Leiter besteht. Da als Gehäusematerial ein Metalloxid verwendet wird, kann der Sensor mit einer Spannung von bis zu 10 kV betrieben werden.Conversely, it can be advantageous to manufacture the housing from a metal oxide. Metal oxides also have the advantageous properties of high stability and relatively high thermal conductivity. In addition, they are also good electrical insulators, so that a sensor with such a housing is also suitable for high-voltage applications. However, some kV voltages can lead to short circuits, especially between the above lines and the housing if the housing consists of an electrical conductor. Since a metal oxide is used as the housing material, the sensor can be operated with a voltage of up to 10 kV.

Das im Gehäuse eingefüllte Epoxidharz kann ein Zweikomponenten-Epoxidharz sein. Das zweikomponentige Epoxidharz besteht aus einem Epoxidharz und einem polyfunktionellen Härtungsmittel oder einem Härter wie Säuren, Säureanhydride, Phenole, Alkohole, Amine und Thiole. Die Variation des Verhältnisses von Epoxidharz zu Härter kann die Härte, Elastizität, Feuchtigkeitsbeständigkeit, Säurebeständigkeit und andere Eigenschaften beeinflussen. Durch die Verwendung eines zweikomponentigen Epoxidharzes kann der Sensor an das verwendete Sensorelement und die Vorrichtung, für die der Sensor bestimmt ist, angepasst werden.The epoxy resin filled in the housing can be a two-component epoxy resin. The two-component epoxy resin consists of an epoxy resin and a polyfunctional hardener or a hardener such as acids, acid anhydrides, phenols, alcohols, amines and thiols. Varying the ratio of epoxy to hardener can affect hardness, elasticity, moisture resistance, acid resistance and other properties. By using a two-component epoxy resin, the sensor can be adapted to the sensor element used and the device for which the sensor is intended.

Außerdem kann ein Material, das das Sensorelement umschließt, das gleiche Material sein, das die Innenseite des Gehäuses berührt und das Sensorelement mit dem Gehäuse fixiert. Durch die Verwendung des gleichen Materials im Inneren des Gehäuses entfällt eine Grenzfläche, die bei Verwendung von zwei verschiedenen Materialien auftreten würde und die behindern würde.In addition, a material that surrounds the sensor element can be the same material that contacts the inside of the housing and fixes the sensor element to the housing. Using the same material inside the housing eliminates an interface that would occur when using two different materials and that would hinder.

Der Sensor kann für die Montage an einem Bestückungsautomaten geeignet sein. Auf diese Weise kann die Verarbeitungszeit für den Einbau des Sensors in ein Gerät durch die Automatisierung reduziert werden. Da der Sensor nach der vorliegenden Erfindung zuverlässiger ist als herkömmliche Sensoren, können eine Vielzahl von verbesserten Anwendungen und Gadgets hergestellt werden.The sensor can be suitable for mounting on an automatic placement machine. In this way, the processing time for installing the sensor in a device can be reduced by the automation. Because the sensor of the present invention is more reliable than conventional sensors, a variety of improved applications and gadgets can be manufactured.

Eine Anordnung, umfassend einen Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine Leiterplatte (PCB), wobei der Sensor auf der Leiterplatte angeordnet und elektrisch mit der Leiterplatte verbunden werden kann, kann vorteilhaft sein. Leiterplatten sind mit einer hohen Anzahl von wärmeerzeugenden Komponenten ausgestattet, wie Widerständen, Spulen oder Chips wie Prozessoren. Die Möglichkeit, die Eigenschaften dieser Komponenten, wie die Temperatur, zu überwachen, verbessert die Sicherheit, da das Gerät, das die Leiterplatte verwendet, nach einem Temperaturanstieg abgeschaltet werden kann. Der Sensor nach der vorliegenden Erfindung ist besonders geeignet, da er zuverlässiger misst.An arrangement comprising a sensor according to one of the preceding claims and a printed circuit board (PCB), wherein the sensor can be arranged on the printed circuit board and electrically connected to the printed circuit board, can be advantageous. Printed circuit boards are equipped with a large number of heat-generating components, such as resistors, coils or chips such as processors. The ability to monitor the properties of these components, such as temperature, improves safety because the device that uses the circuit board can be turned off after a temperature rise. The sensor according to the present invention is particularly suitable because it measures more reliably.

Ebenso kann ein intelligenter Leistungsmesser, der einen Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung oder eine Anordnung mit einem Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, opportun sein. Bei intelligenten Stromzählern, insbesondere für Gebäude, treten hohe Ströme und Spannungen auf, da der Strom aus dem Stromnetz auf die verschiedenen Haushalte verteilt wird. Aus diesem Grund kann jeder Unfall, wie Drahtbruch oder Korrosion, zu einem katastrophalen Ausfall wie einem Brand führen. So kann ein Sensor, der Störungen wie die Wärmeentwicklung zuverlässig messen kann, zur Warnung oder Abschaltung des Stroms eingesetzt werden.Likewise, an intelligent power meter comprising a sensor according to the present invention or an arrangement with a sensor according to the present invention may be appropriate. In the case of intelligent electricity meters, particularly for buildings, high currents and voltages occur because the electricity from the electricity grid is distributed to the various households. For this reason, any accident, such as broken wire or corrosion, can lead to catastrophic failure such as a fire. So a sensor that has interference like that Reliable measurement of heat development can be used to warn or switch off the electricity.

Ein Vorteil des beschriebenen Sensors ist, dass seine Montage mit einem sicheren Verfahren erfolgen kann.An advantage of the sensor described is that it can be installed using a safe method.

Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Anschluss eines Sensorelements an elektrische Leitungen durch z.B. Löten,
b) Eintauchen des Sensorelements in Epoxidharz,
c) Aushärten des Epoxidharzes auf dem Sensorelement,
d) Anordnung des Sensors in einem Gehäuse, das eine Öffnung aufweist, so dass die elektrischen Leitungen aus der Öffnung herausragen,
e) Füllen Sie das Gehäuse mit Epoxidharz,
f) Aushärten des Epoxidharzes im Gehäuse.

The process includes the following steps:

a) connection of a sensor element to electrical lines by, for example, soldering,
b) immersing the sensor element in epoxy resin,
c) curing the epoxy resin on the sensor element,
d) arranging the sensor in a housing which has an opening so that the electrical lines protrude from the opening,
e) Fill the case with epoxy resin,
f) curing of the epoxy resin in the housing.

Der Prozess minimiert die Verlustraten im Montageprozess. Durch Eintauchen des Sensorelements in Epoxidharz und anschließendes Aushärten in Schritt b) und c) wird die Verbindungsstärke zwischen dem Sensorelement und den Leitungen verbessert. Die Aushärtung kann z.B. bei 80 °C für 3 h erfolgen. Daher hat die Verbindung zwischen Sensorelement und den Leitungen ein wesentlich geringeres Bruchrisiko, wenn das Sensorelement im Gehäuse in Schritt d) angeordnet wird. Außerdem wird die Empfindlichkeit des Sensors verbessert, da das gleiche Material, Epoxidharz, verwendet wird, um das Sensorelement mit den elektrischen Leitungen zu verkapseln und das Gehäuse zu füllen. Bei Verwendung desselben Materials entfällt eine Grenzfläche, die bei Verwendung von zwei verschiedenen Materialien auftreten würde und die behindern würde. Dadurch ist das Sensorelement empfindlicher und hat eine kürzere Reaktionszeit auf z.B. auftretende Temperaturunterschiede.The process minimizes the loss rates in the assembly process. By immersing the sensor element in epoxy resin and then curing in step b) and c), the connection strength between the sensor element and the lines is improved. The curing can e.g. at 80 ° C for 3 h. Therefore, the connection between the sensor element and the lines has a significantly lower risk of breakage if the sensor element is arranged in the housing in step d). In addition, the sensitivity of the sensor is improved since the same material, epoxy resin, is used to encapsulate the sensor element with the electrical lines and to fill the housing. When using the same material, there is no interface which would occur if two different materials were used and which would hinder. This makes the sensor element more sensitive and has a shorter response time to e.g. occurring temperature differences.

Im Folgenden werden die Erfindung und ein Herstellungsverfahren anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Gleiche Teile oder Teile mit gleicher Wirkung werden mit den gleichen Referenznummern bezeichnet.The invention and a production method are described below on the basis of embodiments with reference to the figures. The same parts or parts with the same effect are designated with the same reference numbers.

Die Figuren dienen lediglich der Veranschaulichung der Erfindung und sind daher nur schematisch und nicht maßstabsgetreu dargestellt. Einige Teile können in den Abmessungen übertrieben oder verzogen sein. Daher können den Figuren weder absolute noch relative Abmessungen entnommen werden. Identische oder identisch wirkende Teile sind mit den gleichen Referenznummern versehen.

1 zeigt einen vereinfachten Querschnitt eines Sensors nach der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt einen Querschnitt durch ein Gehäuse für einen Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt eine Draufsicht eines Gehäuses für einen Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses für einen Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung;

The figures serve only to illustrate the invention and are therefore only shown schematically and not to scale. Some parts may be exaggerated or warped. Therefore, neither absolute nor relative dimensions can be seen from the figures. Parts that are identical or look identical have the same reference numbers.

1 shows a simplified cross section of a sensor according to the present invention;
2 shows a cross section through a housing for a sensor according to the present invention;
3 shows a top view of a housing for a sensor according to the present invention;
4 shows a perspective view of a housing for a sensor according to the present invention;

In 1 ist ein vereinfachter Querschnitt eines Sensors 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Ein Sensor 1 umfasst ein Sensorelement 2 und elektrische Leitungen 3. Das Sensorelement 2 ist mit den elektrischen Leitungen 3 durch z.B. Löten verbunden. Innerhalb eines Gehäuses 4, das eine Öffnung aufweist, ist das Sensorelement 2 so angeordnet, dass die elektrischen Leitungen 3 aus der Öffnung des Gehäuses 4 herausragen. Somit kann der Sensor 1 einfach installiert und in einem Gerät angeschlossen werden. Das Gehäuse 4 ist mit einem Epoxidharz 5 gefüllt und das Epoxidharz 5 fixiert das Sensorelement 2 und die elektrischen Leitungen 3 im Gehäuse 4.In 1 is a simplified cross section of a sensor 1 according to the present invention. A sensor 1 comprises a sensor element 2 and electrical wiring 3 , The sensor element 2 is with the electrical wires 3 connected by eg soldering. Inside a case 4 , which has an opening, is the sensor element 2 arranged so that the electrical wiring 3 from the opening of the housing 4 protrude. So the sensor 1 simply installed and connected in one device. The housing 4 is with an epoxy resin 5 filled and the epoxy resin 5 fixes the sensor element 2 and the electrical lines 3 in the housing 4 ,

Insbesondere wird das mit den elektrischen Leitungen 3 verbundene Sensorelement 2 zunächst in Epoxidharz getaucht und ausgehärtet, wodurch eine Epoxidharz-Verkapselung 5a entsteht. Anschließend wird das vergossene Sensorelement 2 im Gehäuse 4 angeordnet und das Gehäuse 4 mit einer Epoxidharzfüllung 5b gefüllt. Zusammen bilden die Epoxidharz-Verkapselung 5a und die Epoxidharzfüllung 5b das Epoxidharz 5 im Inneren des Gehäuses 4. Auf diese Weise ist das Material, das das Sensorelement 2 umschließt, das gleiche Material, das die Innenseite des Gehäuses 4 berührt und das Sensorelement 2 im Gehäuse 4 fixiert. Durch die Verwendung des gleichen Materials im Inneren des Gehäuses entfällt eine Grenzfläche, die bei Verwendung von zwei verschiedenen Materialien auftreten würde und die behindern würde.In particular, it will be with the electrical lines 3 connected sensor element 2 first dipped in epoxy and cured, creating an epoxy encapsulation 5a arises. Then the encapsulated sensor element 2 in the housing 4 arranged and the housing 4 with an epoxy resin filling 5b filled. Together they form the epoxy encapsulation 5a and the epoxy filling 5b the epoxy resin 5 inside the case 4 , In this way the material is the sensor element 2 wraps the same material as the inside of the case 4 touches and the sensor element 2 in the housing 4 fixed. Using the same material inside the housing eliminates an interface that would occur when using two different materials and that would hinder.

In der Regel werden Materialien, wie Metalloxide, für Sensoren verwendet. Insbesondere für Temperatursensoren, da sie eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit bieten. Diese Materialien erfordern ein Lösungsmittel wie Toluol, Xylol oder IPA zur Verarbeitung. Daher entstehen beim Aushärten Hohlräume, Vesikel und Blasen, die nicht zu vermeiden sind. Diese Einschlüsse verursachen eine inhomogene Umgebung des Sensorelements 2. Messungen mit einem Sensor 1, der Inhomogenitäten um das Sensorelement 2 aufweist, schwanken stark abhängig von der Anzahl und der räumlichen Verteilung der Inhomogenitäten im Füllmaterial. Infolgedessen variieren bei herkömmlichen Sensoren die Ansprechzeit und der Messwert und erlauben keine sehr zuverlässigen Messungen. Bei Sensoren 1, die Epoxidharz 5 als Füll- und Befestigungsmaterial im Gehäuse 4 des Sensors 1 verwenden, werden Hohlräume, Vesikel und andere Inhomogenitäten vermieden. Dadurch wird die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit der Messung eines Sensors 1 nach der vorliegenden Erfindung verbessert. Im Übrigen ist Epoxidharz 5, und damit auch der Sensor 1 weniger feuchtigkeitsempfindlich und kann in feuchter Umgebung zuverlässiger arbeiten.As a rule, materials such as metal oxides are used for sensors. Especially for temperature sensors, because they offer a relatively high thermal conductivity. These materials require a solvent such as toluene, xylene or IPA for processing. As a result, cavities, vesicles and bubbles form during curing that cannot be avoided. These inclusions cause an inhomogeneous environment of the sensor element 2 , Measurements with a sensor 1 , the inhomogeneities around the sensor element 2 exhibits strongly fluctuate depending on the number and the spatial distribution of the inhomogeneities in the filling material. As a result, the response time varies with conventional sensors and the measured value and do not allow very reliable measurements. With sensors 1 who have favourited Epoxy Resin 5 as filling and fastening material in the housing 4 of the sensor 1 cavities, vesicles and other inhomogeneities are avoided. This increases the reliability and reproducibility of the measurement of a sensor 1 improved according to the present invention. Incidentally, is epoxy resin 5 , and with it the sensor 1 less sensitive to moisture and can work more reliably in a damp environment.

Das Sensorelement 2 in 1 ist ein NTC-Sensorelement 2. NTC-Sensorelemente 2 messen die Temperatur der Umgebung. Daher sind richtungsunabhängige Messungen für NTC-Sensoren wünschenswert. Insbesondere Sicherheitssysteme, die durch einen Temperaturanstieg ausgelöst werden, benötigen zuverlässige und richtungsunabhängige Messungen, um im Notfall ein reproduzierbares Verhalten zu gewährleisten.The sensor element 2 in 1 is an NTC sensor element 2 , NTC sensor elements 2 measure the temperature of the environment. Therefore, direction-independent measurements for NTC sensors are desirable. In particular, security systems that are triggered by an increase in temperature require reliable and direction-independent measurements to ensure reproducible behavior in an emergency.

Das Epoxidharz 5, mit dem das Gehäuse 4 gefüllt ist, ist ein zweikomponentiges Epoxidharz 5. Das Epoxidharz 5 besteht aus einer Epoxidharzkomponente und einem Härter. Als Härter können Säuren, Säureanhydride, Phenole, Alkohole, Amine und Thiole verwendet werden. Durch Einstellen des Verhältnisses von Epoxidharzkomponente zum Härter werden Härte, Elastizität, Feuchtigkeitsbeständigkeit, Säurebeständigkeit und weitere Eigenschaften des Epoxidharzes 5 modifiziert. Daher kann der Sensor 1 gemäß der vorliegenden Erfindung für das verwendete Sensorelement 2 und die Anwendung, für die der Sensor 1 bestimmt ist, durch Optimierung des Verhältnisses des zweikomponentigen Epoxidharzes 5 angepasst werden.The epoxy resin 5 with which the housing 4 is a two-part epoxy resin 5 , The epoxy resin 5 consists of an epoxy resin component and a hardener. Acids, acid anhydrides, phenols, alcohols, amines and thiols can be used as hardeners. By adjusting the ratio of the epoxy resin component to the hardener, hardness, elasticity, moisture resistance, acid resistance and other properties of the epoxy resin 5 modified. Therefore the sensor 1 according to the present invention for the sensor element used 2 and the application for which the sensor 1 is determined by optimizing the ratio of the two-component epoxy resin 5 be adjusted.

In 2 ist ein Querschnitt des Gehäuses 4 für einen Sensor 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Gehäuse 4 weist zwei Abschnitte auf, einen ersten Abschnitt 6, der die Öffnung auf der Oberseite umfasst, und einen zweiten Abschnitt 7, der der Seite der Öffnung gegenüberliegt, wobei der zweite Abschnitt 7 einen kleineren Durchmesser als der erste Abschnitt 6 aufweist. Das Sensorelement 2 ist im zweiten Abschnitt 7 des Gehäuses 4 angeordnet, der einen kleineren Durchmesser aufweist. Da das Sensorelement 2 im Vergleich zum zweiten Abschnitt 7 weniger Material umgibt, wird eine höhere Messgenauigkeit und schnellere Reaktionszeit für den Sensor 1 bereitgestellt. Der erste Abschnitt 6 des Gehäuses 4, der einen größeren Durchmesser aufweist, stabilisiert die mit dem Sensorelement 2 verbundenen elektrischen Leitungen 3. Zusätzlich ist die Wanddicke des zweiten Abschnitts 7 des Gehäuses 4 kleiner als die Wanddicke des ersten Gehäuses 4, um die Wärmeleitfähigkeit von der Umgebung zum Sensorelement 2 zu verbessern und die Ansprechzeit des Sensors 1 zu verbessern.In 2 is a cross section of the housing 4 for a sensor 1 according to the present invention. The housing 4 has two sections, a first section 6 , which includes the opening on the top, and a second section 7 facing the side of the opening, the second section 7 a smaller diameter than the first section 6 having. The sensor element 2 is in the second section 7 of the housing 4 arranged, which has a smaller diameter. Because the sensor element 2 compared to the second section 7 less material surrounds, higher measurement accuracy and faster response time for the sensor 1 provided. The first paragraph 6 of the housing 4 , which has a larger diameter, stabilizes it with the sensor element 2 connected electrical lines 3 , In addition, the wall thickness of the second section 7 of the housing 4 smaller than the wall thickness of the first housing 4 to the thermal conductivity from the environment to the sensor element 2 improve and the response time of the sensor 1 to improve.

Die Wanddicke des Gehäuses 4, dargestellt in , beträgt 0,7 mm. Die Wanddicke des Gehäuses 4 sollte kräftig genug sein, um den Druck auf den Sensor 1 während der Installation oder Montage zum Schutz des Sensorelements 2 auszuhalten. Darüber hinaus ist das Gehäuse 4 erforderlich, um die Umgebung thermisch mit dem Sensorelement 2 zu verbinden und eine hohe Empfindlichkeit zu gewährleisten. Wanddicken von weniger als 2 mm haben sich insbesondere bei Temperatursensoren als vorteilhaft erwiesen. Eine Wanddicke von weniger als 1 mm und mehr als 0,5 mm, wie 0,7 mm in 2, ist besonders vorteilhaft.The wall thickness of the housing 4 , shown in , is 0.7 mm. The wall thickness of the housing 4 should be strong enough to apply pressure to the sensor 1 during installation or assembly to protect the sensor element 2 unbearable. In addition, the housing 4 required to thermally environment with the sensor element 2 connect and ensure high sensitivity. Wall thicknesses of less than 2 mm have proven to be particularly advantageous with temperature sensors. A wall thickness of less than 1 mm and more than 0.5 mm, such as 0.7 mm in 2 , is particularly advantageous.

In 3 ist eine Draufsicht auf das Gehäuse 4 für einen Sensor 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es zeigt den ersten Abschnitt 6 des Gehäuses 4, der in der Mitte eine runde Öffnung bildet. Die äußere Form und Kontur des ersten Abschnitts 6 ist nicht radialsymmetrisch. Die Kontur des Gehäuses 4 weist zwei abgeflachte Segmente 8 auf, die sich gegenüberliegen. Auf diese Weise kann der Sensor 1 sicher am abgeflachten Segment 8 aufgenommen werden, da das abgeflachte Segment 8 Mittel für einen stabilen Griff bietet. Somit kann der Sensor 1 auch problemlos von einem Bestückungsautomaten in ein Gerät eingebaut und installiert werden.In 3 is a top view of the housing 4 for a sensor 1 according to the present invention. It shows the first section 6 of the housing 4 which forms a round opening in the middle. The outer shape and contour of the first section 6 is not radially symmetrical. The contour of the housing 4 has two flattened segments 8th on who face each other. In this way the sensor 1 securely on the flattened segment 8th be included as the flattened segment 8th Provides means for a stable grip. So the sensor 1 can also be easily installed and installed in a device from an automatic placement machine.

Durch den Einsatz eines nicht radial symmetrischen Gehäuses 4 wird die Richtung, in die das Sensorelement 2 im Gehäuse 4 weist, sowie die Richtung des Gehäuses 4 in einer Vorrichtung bestimmt und festgelegt. Dadurch sind die Position und die Richtung des Sensors 1 in einem Gerät exakt gleich. Sensorelemente 2 sind oft sehr abhängig vom Winkel, unter dem sie einem Ereignis gegenüberstehen, das sie messen sollen. Als Beispiel wird ein planares Temperatursensorelement 2, das einer Wärmequelle mit ihrer großen Oberfläche zugewandt ist, mehr Wärmeenergie absorbieren als ein NTC-Sensor, der senkrecht zur Wärmequelle ausgerichtet ist. Durch das Bestimmen der Richtung des Sensorelements 2 im Gehäuse 4 und der Richtung des Gehäuses 4 in einer Vorrichtung durch seine Außenform und Kontur wird sichergestellt, dass das Sensorelement 2 und damit der Sensor 1 selbst funktioniert und zuverlässige und reproduzierbare Werte misst.By using a housing that is not radially symmetrical 4 becomes the direction in which the sensor element 2 in the housing 4 points, as well as the direction of the housing 4 determined and fixed in a device. This is the position and direction of the sensor 1 exactly the same in one device. sensor elements 2 are often very dependent on the angle at which they face an event that they are supposed to measure. An example is a planar temperature sensor element 2 , which faces a heat source with its large surface area, absorb more thermal energy than an NTC sensor, which is oriented perpendicular to the heat source. By determining the direction of the sensor element 2 in the housing 4 and the direction of the case 4 In a device, its outer shape and contour ensure that the sensor element 2 and thus the sensor 1 works itself and measures reliable and reproducible values.

zeigt eine perspektivische Ansicht des Gehäuses 4 für einen Sensor 1, wie in den und dargestellt. Wie in den und beschrieben, weist das Gehäuse 4 zwei Abschnitte auf, ist nicht radialsymmetrisch und weist am ersten Abschnitt 6 zwei abgeflachte Segmente 8 auf. Es besteht aus Aluminiumoxid, einem Metalloxid, mit 96% Aluminiumoxid und 4% Sauerstoff. Metalloxide bieten eine hohe Stabilität und eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit. Darüber hinaus sind Metalloxide elektrische Isolatoren. Damit ist der Sensor 1 mit einem Gehäuse 4 aus Metalloxid für Hochspannungsanwendungen geeignet. Da eine an die Elektrik angelegte Hochspannung leicht Kurzschlüsse verursachen kann, insbesondere zwischen den vorstehenden elektrischen Leitungen 3 und dem Gehäuse 4, kann ein Gehäuse 4 aus einem elektrischen Isolator vorteilhaft sein. Der Sensor 1 mit dem in 4 dargestellten Gehäuse 4, das aus einem Metalloxid besteht, kann mit einer Spannung von bis zu 10 kV betrieben werden. shows a perspective view of the housing 4 for a sensor 1 as in the and shown. As in the and described, the housing 4 two sections, is not radially symmetrical and points to the first section 6 two flattened segments 8th on. It consists of aluminum oxide, a metal oxide, with 96% aluminum oxide and 4% oxygen. Metal oxides offer high stability and a relatively high thermal conductivity. Metal oxides are also electrical insulators. So that's the sensor 1 with a housing 4 Made of metal oxide suitable for high voltage applications. Since a high voltage applied to the electrical system can easily cause short circuits, especially between the above electrical lines 3 and the housing 4 , can be a housing 4 be advantageous from an electrical insulator. The sensor 1 with the in 4 illustrated housing 4 , which consists of a metal oxide, can be operated with a voltage of up to 10 kV.

In einer weiteren Ausführungsform kann das Gehäuse 4 je nach Anwendung aus Metall gefertigt werden. Metall ist robust und bietet eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Darüber hinaus ist es resistent gegen schädliche äußere Umwelteinflüsse. Insbesondere bei thermischen Sensoren kann ein metallisches Gehäusematerial geeignet sein, da ein solcher Sensor 1 empfindlicher ist.In a further embodiment, the housing 4 can be made of metal depending on the application. Metal is robust and offers high thermal conductivity. In addition, it is resistant to harmful external environmental influences. In the case of thermal sensors in particular, a metallic housing material can be suitable, since such a sensor 1 is more sensitive.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Sensorsensor
22: Sensorelementsensor element
33: elektrische Leitungenelectric lines
44: Gehäusecasing
55: Epoxidharzepoxy resin
5a5a: Epoxidharz-VerkapselungEpoxy encapsulation
5b5b: EpoxidharzfüllungEpoxidharzfüllung
66: erster Abschnittfirst section
77: zweiter Abschnittsecond part
88th: abgeflachtes Segmentflattened segment

Claims

A sensor (1) comprising: - a sensor element (2); - electrical lines (3); wherein the sensor element (2) is connected to the electrical lines (3); - a housing (4); the housing (4) having an opening and the sensor element (2) being arranged in the housing (4) such that the electrical lines (3) protrude from the opening; - epoxy resin (5); the housing (4) being filled with the epoxy resin (5) and the epoxy resin (5) fixing the sensor element (2) and the electrical lines (3) in the housing (4).

A sensor (1) according to the preceding claim, wherein the sensor element (2) is an NTC sensor element (2).

A sensor (1) according to any one of the preceding claims, wherein the housing (4) has two sections, a first section (6) comprising the opening and a second section (7) opposite the side of the opening, and wherein the second section (7) has a smaller diameter than the first section (6) and the sensor element (2) is arranged in the second section (7) of the housing (4).

A sensor (1) according to any one of the preceding claims, wherein the outer shape of the housing (4) is not radially symmetrical.

A sensor (1) according to one of the preceding claims, wherein the contour of the housing (4) has at least two flattened segments (8) which are opposite one another.

A sensor (1) according to one of the preceding claims, wherein a wall thickness of the housing (4) is less than 2 mm.

A sensor (1) according to any one of the preceding claims, wherein the housing (4) is made of metal.

A sensor (1) according to one of the Claims 1 to 6 , wherein the housing (4) consists of a metal oxide.

A sensor (1) according to any one of the preceding claims, wherein the epoxy resin (5) is a two-component epoxy resin (5).

A sensor (1) according to any one of the preceding claims, wherein a material that encapsulates the sensor element (2) is the same material that contacts the inside of the housing (4) and fixes the sensor element (2) to the housing (4) ,

A sensor (1) according to any one of the preceding claims, wherein the sensor (1) is suitable for being assembled by an automatic placement machine.

An arrangement comprising: a sensor (1) according to one of the preceding claims, - a printed circuit board (PCB), wherein the sensor is arranged on the circuit board and is electrically connected to the circuit board.

An intelligent power meter, comprising a sensor (1) according to one of the Claims 1 to 11 or an order after Claim 12 ,